[发明专利]作为磷扩散源的微晶玻璃及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属微晶玻璃及其制备方法领域，特别是涉及一种作为磷扩散源的微晶玻璃及其制备方法。

背景技术

随着科技的发展，晶体管、微波晶体管、大规模集成电路等半导体装置被大量地使用，而半导体装置的核心单元是半导体材料如硅、锗掺杂了像磷、硼、铟的元素形成的PN结。磷掺杂在单晶硅片上可以形成N结。根据生产工艺的不同，目前我国采用的磷掺杂源有两种：一是高纯度固态磷掺杂扩散源，由美国TECHNEGLAS公司生产；二是高纯度液态磷掺杂源，是美国Air Products and Chemicals Inc公司的产品。他们的纯度都可高达几个PPM级(其它阳离子杂质)。而近年来也试用了国内一些研究单位的新产品，但都存在一定的局限，无法满足所生产集成电路的要求，其主要的缺点在于扩散不够稳定、杂质含量难于控制和使用寿命不够长导致成本增加。

液态磷扩散源的优缺点：使用的原料都是低熔点物质，并且在温度低于650℃时有液相和气相存在，而且大都有毒、有腐蚀性、易燃、易爆。这些液态磷源当中，POCl₃和PH₃最常用，POCl₃沸点约100℃，室温下就有很高的饱和蒸汽压，在扩散中，磷的饱和蒸汽在石英管内发生化学反应的过程中具有复杂的热动力学行为，受到如气体流量、器皿几何形状、操作细节等诸多随机的因素影响，磷在单晶硅片上的均匀扩散难于控制，从而难于保证扩散的均匀性、重复性。若扩散工艺条件控制不懂，磷扩散过程中生成的PCl₅或HPO₃还会腐蚀硅片、污染系统。由于液态磷扩散源具有这些弊端，在国外正在被固态磷扩散源逐步取代。

目前，国内外对磷掺杂源的研究主要集中在微晶玻璃片状磷掺杂源，因为微晶玻璃片状磷扩散源具有不可替代的优点，包括：①掺杂过程简单并且具有高度可重复性和可靠性；②掺杂过程安全可靠，无毒，无腐蚀性；③扩散源经济可再生的；③掺杂源容易操作和便于使用。现在，微晶玻璃磷扩散源越来越受到重视，但国内研究较少，因而迫切需要解决高浓度固态磷扩散源问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种作为磷扩散源的微晶玻璃及其制备方法，该材料是在高温下能够释放出五氧化二磷的微晶玻璃，它内部晶相均匀，扩散稳定，使用寿命长，而且制备方法简单，适用于需要高磷含量、高纯度的半导体掺杂，主要用于单晶硅的掺杂。

本发明作为磷扩散源的微晶玻璃，包含P₂O₅、SiO₂、Al₂O₃、ZrO₂、MgO、La₂O₃组分，各组分的重量百分比为P₂O₅ 50～80％，SiO₂ 8～20％，Al₂O₃ 10～30％，ZrO₂ 0～8％，MgO0～10％，La₂O₃ 0～15％。

本发明作为磷扩散源的微晶玻璃的制备方法，包括下列步骤：

(1)按配方称取P₂O₅、SiO₂、Al₂O₃、ZrO₂、MgO、La₂O₃，混合后干燥；

(2)于石英玻璃坩埚内保温，熔化后搅拌；

(3)整体移出玻璃，于退火炉中进行退火，保温后，随炉冷却；

(4)在晶化炉中微晶化处理，保温，得结晶均匀的微晶玻璃。

所述步骤(2)中的保温是指1550～1650℃，保温2～3小时；

所述步骤(2)中的搅拌是指搅拌半小时；

所述步骤(3)中的保温是指560℃保温5小时；

所述步骤(3)中的冷却是指0.5℃/min速度降温至室温；

所述步骤(4)中的保温是指850～950℃保温1～3小时。

本发明的有益效果：

(1)本发明采用P₂O₅-Al₂O₃-SiO₂系制备的微晶玻璃材料，其主晶相为磷酸锆晶体，结晶均匀，致密，晶体尺寸小，有利于扩散性能；